专利名称：用于蒸汽涡轮机反作用式叶片的连续径向荷载装置及方法
技术领域：
本发明涉及蒸汽涡轮机叶片的技术，更具体地说，是涉及一种在把蒸汽涡轮机反作用式叶片安装到蒸汽涡轮机转子槽内所用的径向荷载弹簧。
背景技术：
当前，径向安装蒸汽涡轮机反作用式叶片的做法包括把每个叶片插入到蒸汽涡轮机转子中的一固位槽内，把一荷载销插入到叶片的底部和转子槽之间的一被紧紧控制(tightly controlled)的径向间隙内，然后捶击所述销，使得所述销在转子径向方向上发生变形，从而使叶片沿径向抵靠着固位槽中的一个钩。对于每个叶片而言，都具有一荷载销，并且每个荷载销都必须被人工捶击，直到所述叶片在转子槽内不移动为止。然而，这些捶击操作会对叶片和转子造成损坏。因此，需要一种改进的径向荷载技术，以便可以减少部件，减少转子装配时间，并且使叶片一致地沿径向抵靠着转子槽钩，而且没有会对叶片和或/转子造成损坏的危险。
发明内容
本发明用径向荷载弹簧段来取代荷载销，从而无需进行捶击操作，并且减少了进行叶片安装所需的离散部件(discrete pars)的数目。在本发明的一个示例性实施例中，新的径向荷载弹簧段具有“C”形截面，但是，最终的弹簧截面也可以改变，以便获得作用于叶片上的所期望的荷载力。弹簧段的跨度或弧长可以为360度，这就意味着在每个环形弹簧槽中只需要一个弹簧段。为了在叶片上获得更大的荷载作用力，也可以采用多个弹簧槽(例如一对并排的环形槽)，在每个涡轮机阶段中也可利用多个弹簧段来充填所述一个或多个360度的弹簧槽。利用较短的弹簧段的一个优点在于易于把弹簧段安装到槽内，并且也易于把叶片安装到所述槽内。
在优选的实施例中，在每个弹簧段中设置多个径向切口(也被称作径向槽)，从而在每个弹簧段中形成众多的单独的弹簧，于是在一个特定的叶片下面的弹簧的压缩力只作用于所述这个的叶片的下面，并且不会影响相邻叶片上的弹簧荷载。这些径向切口可以被做成垂直于所述弹簧段的中心线，或者被做成与叶片燕尾菱形角(dovetail rhombus angle)具有相同的角度。
因此，根据本发明的一个方面，本发明涉及一种用于把一涡轮机叶片沿径向安装到一涡轮机转子槽内的荷载弹簧段，所述荷载弹簧段包括一基本圆形的金属片，在该金属片的对置边缘之间具有一间隙，该金属片在所述弹簧段的长度方向上限定出一弧形段；在所述金属片中设置多个径向槽，这些径向槽沿长度方向被间隔开，从而在所述弧形段中形成多个单独的弹簧。
根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种涡轮机转子和叶片组件，该组件包括一转子，该转子周边形成有一叶片固位槽；多个叶片，每个叶片都具有一安装部分，该安装部分包括一径向内部表面，该径向内部表面被接收在所述叶片固位槽内；一环形弹簧槽，该环形弹簧槽位于所述叶片固位槽的一基部内，在所述环形弹簧槽内座放至少一个径向荷载弹簧段，所述径向荷载弹簧段沿径向被夹在所述叶片固位槽的所述基部与所述多个叶片中的至少一个叶片的径向内部表面部分之间；所述径向荷载弹簧元件包括一基本圆形截面的金属片，在该金属片的对置边缘之间具有一间隙，在所述圆形金属片中具有至少一条径向槽，从而在所述弹簧段内形成至少两个离散的弹簧。
根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种把涡轮机叶片组装到转子上的方法，其中，所述涡轮机叶片设置有一阳燕尾部分，所述转子设置有一周边阴燕尾槽，其中，所述阴燕尾槽具有一基部，该基部形成有一环形弹簧固槽，所述方法包括a)把具有预定弧长的一径向荷载弹簧段安装到所述弹簧固位槽内；b)扭转所述叶片，使得所述阳燕尾部分进入所述阴燕尾部分内；c)向所述叶片施加一径向作用力，以便压缩所述径向荷载弹簧段；d)把所述涡轮机叶片扭转到期望的方向，使得所述阳燕尾部分完全位于所述阴燕尾部分内。
图1是表示根据本发明的一个示例性的实施例的、安装在转子上的涡轮机叶片的局部剖面图，图中在叶片和转子之间沿径向设置有一径向弹簧段；图2是根据本发明的径向弹簧段的侧视图；
图3是沿图2中的线3-3的剖面图。
具体实施例方式
参照图1，涡轮机叶片10包括翼部(airfoil portion)12和根部或基部14，所述根部或基部14被构造成一阳燕尾形部分16。阳燕尾部分在径向上包括外部突起或钩18和内部突起或钩20，所述外部突起或钩18和内部突起或钩20沿径向被一狭窄的颈部22间隔开。
转子24设有一环形的固位槽，该固位槽被构造成环绕在轮的周边的阴燕尾形槽26，并且具有一径向外部宽槽部分28、一径向内部宽槽部分30以及一中间窄槽部分32，所述径向外部宽槽部分28用于接收外部阳突起18，所述径向内部宽槽部分30用于接收所述内部阳突起20，所述中间窄槽部分32用于接收所述狭窄的颈部22。窄槽部分32的的底面33形成一所谓的“钩”，该“钩”与阳燕尾形部分16上的内部突起20相接合。在阴燕尾形槽的基部34内，设有一环形弹簧固位槽36，该环形弹簧固位槽36绕着轮的整个周边延伸。从截面图来看(如图1所示)，该固位槽36本身基本上延伸180度。在所述固位槽36内具有一荷载弹簧段38，该荷载弹簧段38沿径向被设置在所述燕尾槽的基部34和叶片燕尾形部分的径向内部表面40之间。如上所述，根据叶片上所需要的径向荷载，可以使用多条固位槽36。弹簧段38沿着径向向外的方向对所述叶片施加作用力，从而向所述叶片施加荷载，使叶片抵靠着所述钩33。
参照图2和图3，荷载弹簧段38是弹性钢片(例如X-750)制成，并被卷成圆形(截面)，并且在所述钢片的对置边缘之间留有一间隙42。这个间隙使得弹簧可以被压缩，这将在后面进行描述，并且这个间隙必须足够大，以便当叶片被装入到所述槽内时，弹簧的对置边缘不会相互接触。
如图2所示，弹簧段38具有约80的弧长，但是，该弧长可以从很短(优选地是至少一个单叶片的弧长)变化到基本上360度的弧长。
沿着弹簧段的弧长间隔地设置多个深的径向切口或径向槽46，从而形成一些单独的弹簧44。换句话说，这些径向槽46在单个弹簧段38内产生出多个单独的弹簧44。从图2可以清楚地看出，这些径向槽46绕着弹簧段38延伸大于180度，这些径向槽的精确深度是可以改变的，以便获得所需的弹簧特性。
弹簧段38内的每个弹簧44的弧长可以被设置成使得安装在转子24上的每个叶片都具有其自己的弹簧。这样，例如，如果一个弹簧段支撑着六个相邻的叶片，那么，就可以根据相应地选择弹簧段的弧长和单个弹簧的长度，以便为每个叶片都提供一个弹簧44。较短的弹簧段有利于弹簧段36和叶片10的安装，而较长的弹簧段36可以减小所需的部件数目。无论选用什么长度的弹簧段，所描述的这种弹簧段都在每个叶片下提供局部的压缩，不会对安装在相邻叶片的径向弹簧产生作用。
这种安装方法如下。把一个或多个荷载弹簧段38放置到转子24中的弹簧槽36内。注意，间隙42最好被设置在这样一个位置处，即，该位置与弹簧段接合径向内部表面40的地方成90度角，如图1所示。叶片10是这样来安装的，即首先在叶片10的周边位置把叶片10定位在转子上。然后扭转所述叶片10，使得叶片的阳燕尾槽部分16配合到转子槽的最小宽度内，即配合到窄槽部分32内。然后，沿径向朝转子中心线推所述叶片，以便挤压荷载弹簧44，直到阳燕尾钩20沿径向进入所述转子钩33内侧。然后，所述叶片10被扭转回到如1所示的它的正确朝向以便进行操作，并且沿周向被移动到最终位置。
尽管已经描述了本发明的目前被认为是最实用和最优选的实施例，但是，应当知道，本发明并不局限于这里所描述的实施例，本发明应包括所附权利要求的构思和范围内的各种变型和等同结构。
权利要求
1.一种用于把涡轮机叶片(10)沿径向加载安装到涡轮机转子槽(26)内的荷载弹簧段(38)，该荷载弹簧段包括基本圆形的金属片，在该金属片的对置边缘之间具有间隙(42)，所述金属片在所述弹簧段的弧长方向上限定出弧形段；在所述金属片中具有多个径向槽(46)，这些径向槽沿着所述弧长方向被间隔开，从而在所述弧段内形成多个单独弹簧(44)。
2.根据权利要求1所述的荷载弹簧段，其中，所述金属片为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的荷载弹簧段，其中，所述弧段(38)在所述弧长方向上沿着多个叶片延伸。
4.根据权利要求1所述的荷载弹簧段，其中，所述多个径向槽(46)绕着所述金属片延伸超过180度。
5.一种涡轮机转子和叶片组件，包括转子(24)，该转子周边设有叶片固位槽(26)；多个叶片(10)，每个叶片都具有安装部分，该安装部分包括径向内部表面(40)，该径向内部表面被接收在所述叶片固位槽内；环形弹簧槽(36)，该环形弹簧槽位于所述叶片固位槽的基部(34)内，在所述环形弹簧槽内座放至少一个径向荷载弹簧段(38)，所述径向荷载弹簧段沿径向被夹在所述叶片固位槽(26)的所述基部(34)与所述多个叶片中的至少一个叶片的径向内部表面部分(40)之间；所述径向荷载弹簧元件(38)包括基本圆形截面的金属片，在该金属片的对置边缘之间具有间隙(42)，在所述圆形金属片中具有至少一条径向槽(46)，从而在所述弹簧段内形成至少两个离散的弹簧(44)。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述金属片为不锈钢。
7.根据权利要求5所述的组件，其中，所述弧段(38)在所述弧长方向上沿多个叶片延伸。
8.一种把涡轮机叶片(10)组装到转子(24)上的方法，其中，所述涡轮机叶片(10)设置有阳燕尾部分(16)，所述转子(24)设置有周边阴燕尾槽(26)，其中，所述阴燕尾槽具有基部(34)，该基部设有环形弹簧固槽(36)，所述方法包括a)把具有预定弧长的径向荷载弹簧段(38)安装到所述弹簧固位槽内；b)扭转所述叶片，使得所述阳燕尾部分(16)进入所述阴燕尾部分(26)内；c)向所述叶片(10)施加径向作用力，以便压缩所述径向荷载弹簧段(38)；以及d)把所述涡轮机叶片(10)扭转到期望的方向，使得所述阳燕尾部分(16)完全座放于所述阴燕尾部分(26)内。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述径向荷载弹簧段(38)包括基本圆形的金属片，并且在该金属片的对置边缘之间具有间隙(42)，所述金属片在弹簧段的弧长方向上限定出弧形段；在所述金属片中设置有多个径向槽(46)，这些径向槽沿着所述弧长方向被间隔开，从而在所述弧段内形成多个单独的弹簧(44)。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属片为不锈钢。
全文摘要
本发明公开一种用于把涡轮机叶片(10)沿径向安装到涡轮机转子槽(26)内的荷载弹簧段(38)，包括基本圆形的金属片，在该金属片的对置边缘之间具有间隙(42)，所述金属片在所述弹簧段的弧长方向上限定出弧形段；在所述金属片中具有多个径向槽(46)，这些径向槽沿着所述弧长方向被间隔开，从而在所述弧段内形成多个单独弹簧(44)。
文档编号F01D5/28GK1499043SQ200310102979
公开日2004年5月26日 申请日期2003年10月31日 优先权日2002年10月31日
发明者戴维·O·菲茨, 罗纳德·W·科曾, 约翰·T·墨菲, W 科曾, T 墨菲, 戴维 O 菲茨 申请人:通用电气公司